MICROONDAS EM SÍNTESE ORGÂNICA

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O uso de microondas em química analítica já é conhecido desde a década de 70, uma aplicação recente é a obtenção de produtos orgânicos em escala de laboratório usando o aquecimento por radiação eletromagnética não ionizante.

(Texto adaptado) A utilização do forno de microondas de cozinhando preparo ou aquecimento de alimentos é um fato comum nos dias de hoje. O uso de microondas em química analítica já é conhecido desde a década de 70, sendo que entre as aplicações mais importantes podemos citar: a digestão de amostras para análise elementar, a extração de diversas substâncias e a desorção térmica de vários compostos. O aquecimento por microondas também é largamente utilizado em escala comercial na preparação e secagem de alimentos.

Uma aplicação recente é a obtenção de produtos orgânicos em escala de laboratório usando o aquecimento por microondas, onde as reações são conduzidas em forno de microondas de cozinha ou em reatores especificamente desenhados para esta finalidade. Embora esta tecnologia seja parte do nosso cotidiano, como ela surgiu? Quem inventou o forno de microondas? Porque esta técnica despertou um interesse tão grande na área de síntese orgânica?

As microondas são radiação eletromagnética não ionizante, que possuem uma freqüência que vai de 300 a 300.000 MHz e que corresponde a comprimentos de onda de 1 mm a 1 m. A região de microondas situa-se entre a região de infravermelho e ondas de rádio no espectro eletromagnético.

Os primeiros relatos de reações orgânicas conduzidas em forno de microondas doméstico surgiram em 1986 em dois trabalhos independentes de Gedye e Guigere. As reações foram conduzidas em frasco selado com uma comparação com o aquecimento convencional. Uma notável redução no tempo de reação foi observada, embora não tenha havido um controle depressão. Os primeiros relatos de reações conduzidas em forno de microondas doméstico também levaram aos primeiros relatos de acidentes, pois alguns frascos deformaram ou explodiram devido as condições de irradiação. Apesar disso,inúmeros trabalhos se seguiram após estes relatos iniciais, sendo relatado na literatura diversas reações orgânicas conduzidas com sucesso em forno de microondas doméstico sem modificação, e com segurança segundo os autores destes trabalhos. A utilização de reatores, digestores e fornos modificados também foi investigada após algum tempo. A simbologia usada nas reações é:  MO (microondas) e IMO (irradiação por microondas), também sendo comum indicar a potência na equação química no lugar destes símbolos.

O surgimento de reatores de microondas para condução de reações orgânicas ocorreu como conseqüência direta do estudo das reações em forno doméstico, que demonstrou o grande potencial desta técnica. Estes aparelhos, segundo alguns autores, teriam vantagens marcantes sobre o forno doméstico de microondas, tais como: possibilidade de realização de refluxo, utilização de pressão, controle de temperatura e pressão (que não é possível no forno de cozinha). A segurança operacional também seria muito maior, já que o forno de microondas de cozinha não foi fabricado para o uso em Química.Outro fator importante, é que esses reatores operam de forma diferente que um forno doméstico, onde a distribuição de microondas no interior do forno não é homogênea (forno multi modo). Já neste reatores, a distribuição é homogênea(monomodo). Além disso, a potência em um forno de microondas não é, na realidade, possível de variação, pois o que ocorre é uma interrupção sequencial da irradiação que corresponde aos níveis de potência do seletor (a amostra está submetida sempre a mesma potência, mas por períodos de tempo diferentes). Assim, estes reatores são mais eficientes do ponto de vista energético.

O chamado “efeito microondas” ou “efeito específico de microondas” tem sido apontado por alguns autores como sendo um efeito não térmico, que seria causado pelo uso da radiação eletromagnética, sendo responsável pelas maiores velocidades de reação com aquecimento por microondas quando comparadas com o aquecimento convencional (diferentes energias de ativação). A expressão, também, tem sido aplicada quando a utilização de microondas leva a um resultado que não foi obtido com o aquecimento convencional, como diferentes seletividades e rendimentos bem maiores.

É um assunto polêmico e de certa controvérsia, já que alguns autores mostraram que determinadas reações possuem a mesma velocidade com microondas ou aquecimento convencional (como reações de Diels-Alder, ene e outras). A cinética em forno de microondas caseiro é um estudo difícil, já que não há controle de temperatura, e relatos iniciais de reações que foram aceleradas em forno doméstico foram posteriormente analisadas em reatores de microondas onde verificou-se que a velocidade era a mesma se comparada com o aquecimento convencional. Assim, a diferença de velocidade seria explicada em alguns casos por uma medição inadequada da temperatura e pressão. Outro estudo difícil de ser conduzido é a cinética em sistemas heterogêneos, como nas reações sem solvente, onde muitas vezes os reagentes estão suportados numa matriz inorgânica ou são misturados formando uma massa pastosa.

O aquecimento por microondas é uma forma atraente de conduzir reações orgânicas pela grande redução nos tempos de reação e bons rendimentos. A técnica é promissora do ponto de vista industrial, já existindo vários reatores em uma escala de laboratório.

A utilização de aquecimento por microondas em reações em ausência de solvente tem sido apontada como uma técnica de Química Limpa.

A possibilidade de controle de seletividades é um campo novo e bastante promissor da química de microondas.

A existência do chamado “efeito microondas” está presente em vários exemplos onde resultados obtidos com irradiação por micro- ondas não são possíveis com aquecimento convencional, porém mais estudos são necessários para uma melhor entendimento deste fenômeno.

Fonte: Quim. Nova, Vol. 25, No. 4, 660-667, 2002.

Autor:  Antonio Manzolillo Sanseverino

Departamento de Química Orgânica, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 21949-900 Rio de Janeiro – RJ

Autor: 

Postado por: Roberta Núñez/FURG